CN102375014A - 用于气体传感器的场效应晶体管 - Google Patents

用于气体传感器的场效应晶体管 Download PDF

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CN102375014A CN2011101906683A CN201110190668A CN102375014A CN 102375014 A CN102375014 A CN 102375014A CN 2011101906683 A CN2011101906683 A CN 2011101906683A CN 201110190668 A CN201110190668 A CN 201110190668A CN 102375014 A CN102375014 A CN 102375014A
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Abstract

本发明涉及场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管。为了提高该场绝缘层（1）、栅绝缘层（2）和/或印制导线（3）和其下的欧姆触点的温度稳定性和化学稳定性，或为了提供栅绝缘层，该场效应晶体管包含有至少一个层系统（11，12，13；21，22，23），该层系统由基层（11；21）、覆盖层（13；23）和设置在该基层（11；21）与该覆盖层（13；23）之间的至少一个中间层（12；22）组成。此外本发明还涉及用于制造这种场效应晶体管的方法以及其应用。

Description

用于气体传感器的场效应晶体管
技术领域
本发明涉及场效应晶体管，尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管、用于制造这种场效应晶体管的方法以及其应用。
背景技术
化学气体传感器的传感器单元基于的是场效应晶体管和宽带隙半导体材料，并且目前主要采用来自半导体技术的标准材料来构造。这尤其适用用来构造印制导线和绝缘的材料。
但传统上通过半导体技术所制造的产品并不是设计应用于尾气条件下。也就是说，目前在化学敏感的场效应晶体管的材料开发中还没有考虑针对废气管路应用的特殊要求，尤其对氧气、水、湿气、诸如氮氧化物和硫氧化物的酸性气体、和溶解材料、尤其金属离子的温度稳定性和化学稳定性。在传统的半导体技术中所公开的保护材料、如氮化硅或二氧化硅可能因而并不满足这些要求。
发明内容
本发明的主题是一种场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管，其包含有至少一个衬底层尤其晶片、和/或场绝缘层和/或栅绝缘层和/或金属层尤其印制导线，其中这些层中的至少一个至少部分地覆盖有至少一个层系统，该层系统包含有基层（Basisschicht）、覆盖层和设置于该基层和该覆盖层之间的至少一个中间层。
“层系统”在本发明的意义上尤其可以理解为由不同材料制成的三个或更多依次设置的层组成的系统。“基层”在此尤其可以理解为该层系统的贴靠被覆盖层的层，并且“覆盖层”可以理解为该层系统的与被覆盖的层相背向的或最外侧/最上侧的层。
通过该层系统可以有利地提高场绝缘层（印制导线的绝缘层）、栅绝缘层和/或金属层、尤其印制导线和其下的欧姆触点的温度稳定性和化学稳定性。因此该层系统尤其可以称为保护层系统或钝化层系统。这样就可以再次提高尤其在极端条件（“严酷环境”）下、如在废气管路中场效应晶体管或气体传感器的寿命。此外该层系统本身还有利地用作栅绝缘层或栅绝缘层增强。
在本发明的范畴内该场效应晶体管尤其可以具有至少两个不同的层系统，层系统分别包含有基层、覆盖层和设置在该基层和该覆盖层之间的至少一个中间层，并且层系统至少部分地覆盖该场绝缘层和/或该栅绝缘层和/或该金属层、尤其印制导线。
这所具有的优点是，层系统能够优化地与相应被覆盖的层的要求相匹配。在此层系统可以部分地覆盖另一层系统。
在本发明的场效应晶体管的一个实施方案的范畴内，该场效应晶体管包含有层系统，该层系统的基层由介电材料构成，该介电材料尤其从由硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐及其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物的集合中来选择，和/或其覆盖层由化学稳定的材料来构造。在此该覆盖层尤其可以由如下材料来构成，其比如包含有碳化硅、比如无定形的或多晶硅的碳化硅、尤其是小导电性的碳化硅、和/或碳氮化硅，或由其组成。通过由介电材料组成的基层，可以有利地实现与之下的层的电气绝缘。碳化硅或碳氮化硅有利地具有高的化学惰性并从而具有高的化学稳定性。该/这些中间层在此优选地（分别）由介电材料和/或自钝化材料构成。该/这些中间层尤其可以由如下材料构成：其包含有硅（Si）、硼（B）、碳（C）和氮（N）的混合物、和/或硅（Si）、铝（Al）、氧（O）和氮（N）的混合物、也称为SiAlON、和/或从硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐以及其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物的集合中所选择的材料，或由其组成。硅-硼-碳-氮和SiAlON中间层尤其可以有利地自钝化地作用，其方式是它通过自氧化来降低或甚至防止被覆盖有层系统的层的氧化。该层系统已有利地证实不仅用于保护场绝缘层和栅绝缘层，而且用于保护金属层如印制导线。
在该实施方案的范畴内该基层比如可以通过物理气体沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”）或反应溅射（英语：“reactive sputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemical vapour deposition”），比如通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD，英语：“plasma enhanced chemical vapour deposition”）或者原子层沉积（ALD，英语：“atomic layer deposition”）来制造。
在该实施方案的范畴内该覆盖层比如可以通过物理气体沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemical vapour deposition”），比如通过低压化学气相沉积（LPCVD，英语：“low pressure chemical vapour deposition”）或等离子体增强化学气相沉积（PECVD，英语：“plasma enhanced chemical vapour deposition”）来制造。
在该实施方案的范畴内该/这些中间层比如可以（分别）通过物理气体沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”）或反应溅射（英语：“reactive sputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemical vapour deposition”），比如通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD，英语：“plasma enhanced chemical vapour deposition”）或者原子层沉积（ALD，英语：“atomic layer deposition”）来制造。
在该实施方案的范畴内该基层尤其可以具有在从≥3nm至≤300nm范围内的层厚度d1B，和/或该覆盖层具有在从≥100nm至≤300nm范围内的层厚度d1D，和/或该/这些中间层（总计）具有在从≥100nm至≤300nm范围内的层厚度d1Z。该层系统在此总计可以具有在从≥10nm至≤10μm、尤其从≥50nm至≤1000nm、比如从≥50nm至≤500nm范围内的总厚度d1。对于作为栅绝缘层或作为栅绝缘层增强的应用，在该实施方案的范畴内该层系统优选地具有在从≥50nm至≤200nm范围内的总厚度d1。
对于作为保护层系统的应用，该层系统在该实施方案的范畴内比如可以具有由二氧化硅构成的基层，其比如具有30nm的层厚度d1B；具有由氮化硅构成的第一中间层，其比如具有10nm的层厚度d1Z1；具有由硅、硼、碳和氮的混合物构成的第二中间层，其比如具有300nm的层厚度d1Z2；并具有由碳化硅构成的覆盖层，其比如具有200nm的层厚度d1D。对此代替地，该保护层系统比如可以具有由氧化铝构成的基层，其比如具有20nm的层厚度d1B；具有由氮化硅构成的第一中间层，其比如具有100nm的层厚度d1Z1；具有由SiAlON构成的第二中间层，其比如具有200nm的层厚度d1Z2；并具有由碳化硅构成的覆盖层，其比如具有200nm的层厚度d1D。
该场绝缘层和/或该栅绝缘层和/或在下文中所解释的另一实施方案的层系统和/或（另一）金属保护层/钝化层可以部分或完全地覆盖有该实施方案的层系统。
在本发明的场效应晶体管的另一实施方案的范畴内，该场效应晶体管包含层系统，它的基层由一种防扩散的材料、尤其由包含有氮化钛和/或氮化钽或由其组成的材料来构造，和/或它的中间层由金属的、能形成氧化保护层的材料、尤其由包含有钛、硅、钽和/或铌、比如钽和/或硅或由其组成的材料来构造，它的覆盖层由氧化材料、尤其由包含有氧化钛、氧化硅、氧化钽和/或氧化铌、比如氧化钛和/或氧化硅或由其组成的材料来构造。该覆盖层可以在该实施方案的范畴内尤其通过该中间层材料的氧化来制造。因此在该实施方案的范畴内该中间层和该覆盖层可以相互过渡。该基层和该中间层在该实施方案的范畴内可以通过物理的或化学的气相沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”，CVD，英语：“chemical vapour deposition”）来制造。该覆盖层的材料在该实施方案的范畴内可以在从≥300℃和≤1000℃的范围内的温度下通过氧化热处理来制造。
该实施方案的层系统已证实尤其有利于保护金属层。这是因为，该基层避免了在金属层和中间层之间扩散引起的合金形成，并从而避免了金属层的脱开，并且此外还能够用于该金属层的良好连接。因为该覆盖层能够具有良好的粘结特性，所以另外还能够有利地实现与设置在该层系统上的其他层的良好连接。尤其能够在该实施方案的层系统的至少一部分上来施加前述实施方案的层系统。
在该实施方案的范畴内，该基层尤其可以具有在从≥5nm至≤50nm范围内的层厚度d2B，和/或该中间层和该覆盖层总共具有在从≥5nm至≤50nm范围内的层厚度d2ZD。总之该层系统在此可以具有在从≥10nm至≤200nm、比如从≥10nm至≤100nm范围内的总厚度d2。
至少一个金属层、尤其印制导线尤其可以部分或完全地覆盖有该实施方案的一个层系统。
在该实施方案的一个特殊扩展的范畴内，金属层、尤其印制导线的至少一个片段覆盖有该实施方案的层系统，其中该片段设置在层系统上，该层系统的层与该实施方案的层系统镜像对称地来构造。在该片段中尤其可以具有一个总层系统，该总层系统由氧化钛/硅/钽/铌层、设置于其上的钛/硅/钽/铌层、设置于其上的氮化钛/钽层、设置于其上的印制导线层、设置于其上的氮化钛/钽层、设置于其上的钛/硅/钽/铌层以及设置于其上的氧化钛/硅/钽/铌层所组成。在此，这些层优选地还关于层厚度和/或组成而相互对称地来构造。该对称构造在温度变换负荷情况下是有利的。
比如根据本发明的场效应晶体管可以具有衬底层、尤其晶片，其由半导体材料、尤其由具有宽带隙的半导体材料（英语：“WideBandgap-Semiconductor”）来构成，比如由碳化硅（SiC）构成。在该衬底层上尤其可以设置场绝缘层和尤其与该场绝缘层相邻的栅绝缘层。该金属层在此比如可以设置在该场氧化层上。
“具有宽带隙的半导体材料”在本发明的意义上尤其可以理解为如下半导体材料，其带隙大于一个电子伏特，比如大于两个电子伏特。
该场绝缘层、也称为场氧化或FOX可以由与栅绝缘层相同的或不同的材料来构成。比如该场绝缘层和/或该栅绝缘层可以相互无关地由二氧化硅和/或硅酸铪来构造。该场绝缘层和/或栅绝缘层比如可以通过含硅的晶片、比如碳化硅晶片的氧化热处理来制造。但该场绝缘层和/或该栅绝缘层也可以采用四乙基原硅酸盐（TEOS）来制造。
该金属层、尤其印制导线比如可以由如下金属或金属混合物、比如二元或三元金属混合物来构造，其包含有从由铂、铑、钌、钽、钯、铱和其混合物组成的集合中所选择的至少一种金属，并且必要时附加地包含有从由铬、钴、铜、金、硅、银、钨、锆、钛和其混合物组成的集合中所选择的至少一种金属。该印制导线尤其可以由如下金属混合物来构造，其包含有铂和关于金属混合物的总重量直至30重量百分比的、从由铂、铑、钌、钽、钛、钯、铱和其混合物组成的集合中所选择的一种或多种金属。该金属层、尤其印制导线比如可以具有在从≥10nm至≤10μm、比如从≥50nm至≤500nm范围内的层厚度dL。比如该金属层、尤其印制导线可以通过物理气体沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemical vapour deposition”），由一种或多种原材料来制造。
该场效应晶体管另外还可以具有栅极层（敏感层）。其优选地设置在该栅绝缘层上。此外该栅极层还可以设置在该场绝缘层的至少一部分上以及设置在该印制导线的至少一部分上。优选地该栅极层是导电的。该栅极层尤其可以由金属、金属混合物、合金或陶瓷金属混合物、比如由铂铑混合物来构造。
如前所述，该层系统也可以被用作栅绝缘层。因此本发明的另一主题是一种场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管，其包含有栅绝缘层，其中该栅绝缘层是如下层系统：其包含有基层、覆盖层和设置在该基层和该覆盖层之间的至少一个中间层。在此优选地该基层由如下介电材料构成，其尤其从由硅、铝、锆、铪和其混合物的氧化物、氮化物和硅酸盐、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物组成的集合中来选择。该覆盖层在此优选地由一种化学稳定的材料来构造。在此该覆盖层尤其可以由如下材料来构成，其包含有碳化硅、比如无定形或多晶硅碳化硅、尤其是小电导率的碳化硅、和/或碳氮化硅或由其组成。该/这些中间层在此优选地（分别）由一种介电的和/或自钝化的材料构成。该/这些中间层尤其可以由如下材料来构成，其包含有由硅、硼、碳和氮组成的混合物、和/或由硅、铝、氧和氮组成的混合物、也称为SiAlON、和/或从由硅、铝、锆、铪、和其混合物的氧化物、氮化物和硅酸盐、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物组成的集合中所选择的材料或由其组成。关于该扩展的优点以及其他的特征就此明确地参见前述的优点和特征。
本发明的另一主题是用于制造场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管、比如根据本发明的场效应晶体管的方法，该方法包含有以下的方法步骤：
a)在场效应晶体管前级的衬底层尤其晶片、和/或场绝缘层和/或栅绝缘层和/或金属层尤其印制导线的片段上构造/施加基层；
b)比如（直接）紧接着方法步骤a)在该基层上构造/施加至少一个中间层；
c)比如（直接）紧接着方法步骤b)在该中间层上构造/施加覆盖层。
在此，“场效应晶体管前级（Feldeffekttransistor-Vorstufe）”，从未处理的衬底层尤其晶片出发并包含其，理解为直至完成场效应晶体管的每个制造级。
关于本发明方法以及其扩展的优点和其他特征就此明确地参见结合本发明的场效应晶体管和其扩展所解释的优点和特征。
通过重复具有不同处理条件和/或材料的方法步骤，在本发明方法的范畴内尤其可以构造或施加至少两个不同的层系统，其中该层系统分别包含有基层、覆盖层和设置在该基层和该覆盖层之间的至少一个中间层。在此层系统尤其可以施加在之前所制造的层系统的至少一部分上。
在本发明方法的一个实施方案的范畴内，
-在方法步骤a)中，基层由介电材料、尤其由从由硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐和其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物组成的集合中来选择的材料来构造或施加，和/或
-在方法步骤b)中，一个或多个中间层由介电和/或自钝化材料、尤其由如下材料来构造或施加：该材料包含有硅（Si）、硼（B）、碳（C）和氮（N）的混合物、和/或硅（Si）、铝（Al）、氧（O）和氮（N）的混合物、也称为SiAlON，和/或从硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐和其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物组成的集合中所选择的材料，或由其组成，和/或
-在步骤c)中，覆盖层由化学稳定的材料、尤其由包含有碳化硅、比如无定形或多晶硅碳化硅、尤其小导电性的碳化硅、和/或碳氮化硅或由其组成的材料来构造或施加。
在该实施方案的范畴内，该基层可以在方法步骤a)中比如通过物理气体沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”）或反应溅射（英语：“reactive sputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemical vapour deposition”），比如通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD，英语：“plasma enhanced chemical vapour deposition”）或者原子层沉积（ALD，英语：“atomic layer deposition”）比如以在从≥3nm至≤300nm范围内的层厚度d1B来构造或施加。
在该实施方案的范畴内，该覆盖层可以在方法步骤b)中比如通过物理气体沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemical vapour deposition”），比如通过低压化学气相沉积（LPCVD，英语：“low pressure chemical vapour deposition”）或等离子体增强化学气相沉积（PECVD，英语：“plasma enhanced chemical vapour deposition”）比如以在从≥100nm至≤300nm范围内的层厚度d1D来构造或施加。
在该实施方案的范畴内，该中间层可以在方法步骤c)中比如（分别）通过物理气体沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”）或反应溅射（英语：“reactive sputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemical vapour deposition”），比如通过等离子体增强化学气相沉积（PECVD，英语：“plasma enhanced chemical vapour deposition”）或者原子层沉积（ALD，英语：“atomic layer deposition”）比如以在从≥100nm至≤300nm范围内的（总计）层厚度d1Z来构造或施加。
在该实施方案的范畴内，在该方法步骤a)、b)和c)中所构造或施加的这些层可以具有在从≥10nm至≤10μm、尤其从≥50nm至≤1000nm、比如从≥50nm至≤500nm范围内的总厚度d1。对于作为栅绝缘层或作为栅绝缘层增强的应用，该层系统在该实施方案的范畴内优选地具有在从≥50nm至≤200nm范围内的总厚度d1。
在该实施方案的范畴内，该基层尤其可以在方法步骤a)中尤其被构造或施加在场绝缘层和/或栅绝缘层和/或覆盖层的片段上，其中这些层通过该方法的、在下文中所解释的另一实施方案而被制造，和/或被构造或施加在（另外）金属保护层的片段上。
在本发明方法的另一实施方案的范畴内，
-在方法步骤a)中，基层由防扩散的材料、尤其由包含有氮化钛和/或氮化钽或由其组成的材料来构造或施加，和/或
-在方法步骤b)中，中间层由金属的、能形成氧化保护层的材料、尤其由包含有钛、硅、钽和/或铌、比如钛和/或硅或由其组成的材料来构造或施加，和/或
-在方法步骤c)中，覆盖层由氧化材料、尤其由包含有氧化钛、氧化硅、氧化钽和/或氧化铌、比如氧化钛和/或氧化硅或由其组成的材料来构造或施加。在该实施方案的范畴内，该基层在方法步骤a)和/或该中间层在方法步骤b)中比如通过物理或化学气相沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”，CVD，英语：“chemical vapour deposition”）来构造或施加。在该实施方案的范畴内在方法步骤c)中，该覆盖层的构造尤其可以通过在从≥300℃至≤1000℃范围内的温度下氧化热处理来进行。
比如，在该实施方案的范畴内，在方法步骤a)中，基层可以以在从≥5nm至≤50nm范围内的层厚度d2B来构造或施加，在方法步骤b)和c)中，中间层和覆盖层被施加或构造，其总计具有在从≥5nm至≤50nm范围内的层厚度d2ZD。在此在方法步骤a)、b)和c)中所构造的层可以具有在从≥10nm至≤200nm、比如从≥10nm至≤100nm范围内的总厚度d2。
在该实施方案的范畴内，在方法步骤a)中尤其可以在金属层、尤其印制导线的片段上来构造或施加场效应晶体管前级。
在本发明方法的该实施方案的一个特殊扩展的范畴内，该方法在该方法步骤a)之前还包含有以下的方法步骤：
a1)在氧化层上由金属的、能形成氧化保护层的材料、尤其由包含有钛、硅、钽和/或铌、比如钛和/或硅或由其组成的材料来构造/施加层；
a2)在方法步骤a1)的层上，比如（直接）紧接着方法步骤a1)由防扩散的材料、尤其由包含有氮化钛和/或氮化钽或由其组成的材料来构造/施加层；
a3)在方法步骤a2)的层上，比如（直接）紧接着方法步骤a2)构造/施加金属层、尤其印制导线，
其中在方法步骤a)中，基层由防扩散的材料、尤其由包含有氮化钛和/或氮化钽或由其组成的材料来构造或施加在方法步骤a3)的层上，以及
其中在方法步骤b)中，层由金属的、能形成氧化保护层的材料、尤其由包含有钛、硅、钽和/或铌、比如钛和/或硅或由其组成的材料来构造或施加在方法步骤a)的基层上，以及
其中在方法步骤c)中，在从≥300℃至≤1000℃范围内的温度下来进行氧化热处理。
这样，钛、硅、钽和/或铌就可以被氧化，使得在方法步骤b)的中间层上以及在氧化层和方法步骤a1)的层之间形成层，该层包含有氧化钛、氧化硅、氧化钽、和/或氧化铌、尤其氧化钽和/或氧化硅。另外在此还可以有利地在该金属层中形成稳定的结构。
优选地该方法步骤a1)至c)在此被实施为，使得该氮化钛/氮化钽层、该钛/硅/钽/铌层和该氧化钛/氧化硅/氧化钽/氧化铌层分别、尤其关于层厚度和/或组成而相互对称地构造。
在方法步骤a1)和a2)中的层可以相互无关地比如通过物理或化学气相沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”，CVD，英语：“chemical vapour deposition”）来构造或施加。
该金属层可以在方法步骤a3)中尤其通过物理气体沉积（PVD，英语：“physical vapour deposition”），比如通过溅射（英语：“sputtering”），或通过化学气相沉积（CVD，英语：“chemical vapour deposition”），由一种或多种原料来构造或施加。
该金属层、尤其印制导线比如可以由如下金属或金属混合物、比如二元或三元金属混合物来构造，其包含有从由铂、铑、钌、钽、钯、铱和其混合物组成的集合中所选择的至少一种金属，并必要时附加地包含有从由铬、钴、铜、金、硅、银、钨、锆、钛和其混合物组成的集合中所选择的至少一种金属。该金属层、尤其该印制导线尤其可以由如下金属混合物来构造，其包含有铂和关于金属混合物的总重量直至30重量百分比的、从由铂、铑、钌、钽、钛、钯、铱和其混合物组成的集合中所选择的一种或多种金属。该金属层、尤其印制导线比如可以以在从≥10nm至≤10μm、比如从≥50nm至≤500nm范围内的层厚度dL来构造或施加。
比如根据本发明的场效应晶体管可以具有衬底层、尤其晶片，其由半导体材料、优选由具有宽带隙（英语：“WideBandgap-Semiconductor”）的半导体材料来构成，比如由碳化硅（SiC）构成。在该衬底层上尤其可以设置场绝缘层和尤其与该场绝缘层相邻的栅绝缘层。该金属层在此比如可以设置在该场氧化层上。
该场绝缘层、也称为场氧化物或FOX可以由与栅绝缘层相同的或不同的材料来构造。比如该场绝缘层和该栅绝缘层可以相互无关地由二氧化硅和/或硅酸铪来构造。该场绝缘层和/或栅绝缘层比如可以通过含硅的晶片、比如碳化硅晶片的氧化热处理来制造（沉积的高温氧化物（HTO））。但该场绝缘层和/或该栅绝缘层在此也可以采用四乙基原硅酸盐（TEOS）来施加。
在该方法步骤a)或a1)之前，该方法优选地包含有方法步骤：a0)清洁该场效应晶体管前级或该氧化层，尤其通过气体等离子体处理，比如通过剥离和/或清除浮渣或通过回溅（Rücksputtern），和/或通过湿或干化学蚀刻和/或比如在含氧的气氛中的热处理，或通过这些方法的组合。
这样就可以有利地去除有机成分并改善场效应晶体管的功能。
该气体等离子体处理在此可以在纯气体中或在比如氩、氧和/或氟的气体混合物中来进行。该回溅比如可以采用氩、氮和/或氧来进行。该湿化学蚀刻比如可以在一种缓冲的含HF的溶液中来进行。该干化学蚀刻比如可以在含CF4或SF6的气氛中来进行。比如可以在清洁时去除在从≥2nm至≤30nm范围内的层厚度。
另外该方法还可以尤其包含有方法步骤：d)结构化该覆盖层和/或该/这些中间层和/或该基层。所述结构化尤其可以通过一种去除方法、比如湿化学蚀刻或干蚀刻、比如回溅、比如离子射束蚀刻（IBE，英语：“ion beam etching”）或反应离子射束蚀刻（RIBE，英语：“reactive ion beam etching”）来进行。
在方法步骤d)中不同的层（覆盖层、中间层、基层）尤其可以通过不同的去除方法来结构化。优选地在方法步骤d)中不同的层通过不同的去除方法来结构化，使得被覆盖有该层系统的层不被或者仅尽可能微小地被侵蚀。比如该覆盖层和该/这些中间层可以通过一种非选择性的物理方法、比如以Ar离子溅射而被去除，相反，该基层通过一种选择性的、化学方法、比如湿或干蚀刻、比如缓冲的氧化物蚀刻（英语：“Buffered Oxide Etching”）或者在SiO2的情况下通过利用CF4的蚀刻方法而被去除。这样，之前覆盖有该层系统的层、比如由铂构成的印制导线在露出的情况下就不被侵蚀。
在方法步骤d)之后，该方法比如可以包含有方法步骤e)：在通过该去除方法而打开的片段上构造（施加）金属层。这样通过本发明的层系统而保护的印制导线比如就可以穿过该层系统而被接触。
优选地所述去除借助一种分光测量（光学发射）或光谱测量法测量（通过质谱仪）而被监控。在此，事先所探测的确定的去除部分、尤其该覆盖层和/或中间层和/或基层的消失在必要时也可以与自去除开始以后一个预先确定的时间信号相结合而被用作该去除方法的停止信号。只要要露出的层具有足够的厚度，那么此外就可以把该层的去除部分的出现用作该去除方法的停止信号。那么就能够保证在该去除方法停止时要去除层的材料、比如要接触金属层的材料不具有要去除层的残余，比如该覆盖层、中间层和基层为了接触该金属层而要去除的片段的残余。
该方法另外还包含有方法步骤f)至少在该栅绝缘层的片段上构造（施加）栅极层（敏感层）。此外该栅极层还可以被构造或施加在该场绝缘层的至少一个片段上以及该印制导线的至少一个片段部分上。优选地该栅极层由导电材料来构造。该栅极层尤其可以由金属、金属混合物、合金或陶瓷金属混合物、比如由铂铑混合物来构造。
本发明的另一主题是通过根据本发明方法所制造的场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管。
另外，本发明的主题是根据本发明的场效应晶体管和/或根据本发明所制造的场效应晶体管比如在在线诊断（OBD）的范畴内用于探测和/或分析尾气、尤其氮氧化物的应用。
附图说明
根据本发明的主题的其他优点和有利的扩展通过附图来示出并在下文说明中来解释。在此要注意的是，这些附图仅具有所描述的特征，且并不认为以任意形式对本发明进行限制。其中
图1示出了场效应晶体管的示意的、不按比例的截面，以示出根据本发明的方法以及根据本发明的层系统的扩展；以及
图2示出了场效应晶体管的示意的、不按比例的截面，以示出根据本发明的方法以及根据本发明的层系统的扩展。
具体实施方式
图1从场效应晶体管级（Feldeffekttransistorstufe）出发示出了根据本发明的方法的一种扩展，其中该场效应晶体管级包含有作为衬底层的晶片以及覆盖该衬底层的场氧化层1。
图1示出，在方法步骤a1)中该场氧化层1的片段上施加了由钛、硅、钽和/或铌构成的层22`/23`，在该层上再次在方法步骤a2)中施加由氮化钛和/或氮化钽构成的层21`，在该层上再次在方法步骤a3)中施加金属层3、尤其印制导线，在该层上再次在方法步骤a)中施加由氮化钛和/或氮化钽构成的、具有层厚度d2B的基层21，该层还再次在方法步骤b)中被施加了由钛、硅、钽和/或铌构成的、具有层厚度d2ZD的层22/23，其中这两个钛/硅/钽/铌层22/23、22`/23`通过氧化热处理在方法步骤c)中在构造中间层22、22`、覆盖层23和界面层23`的情况下被氧化。图1的中间区域示出，在此形成了具有镜像对称层布置的层系统。
此外图1还示出，方法步骤a)、b)和c)利用其他的材料来重复，其中在方法步骤a`)中在该场绝缘层1的另一片段上以及在之前所施加的层系统21、22、23的该覆盖层23上施加由介电材料构成的、具有层厚度d1B的基层11，在基层上在方法步骤b`)中再次施加由介电材料和/或自钝化材料构成的、具有层厚度d1Z的中间层12，在中间层上再次在方法步骤c`)中施加由化学稳定的材料构成的、具有层厚度d1D的覆盖层13。
此外图1还示出，在方法步骤d)中这两个层系统的覆盖层13、23、中间层12、22和基层11、21通过去除方法而被结构化，以便为金属层3的电接触来构造开孔。在此所述去除借助一种光谱或频谱测量而被监控，其中该钛/钽-氮化物层21的去除部分被用作该去除方法的停止信号。这样就能够保证在该去除方法停止时要露出的金属层3的材料不具有要去除层11、12、13、21、22、23的残余。该金属层3的“通孔”在此一方面可以通过采用一种去除方法来保证，其中该金属层3对于该去除方法是稳定的。但是另一方面，在该金属层3的层厚度足够的情况下，也可以选择一种去除方法，其中该金属层3对该去除方法是敏感的。但在此证实有利的是，除了该去除部分的消失之外，根据在该去除方法开始以后一个预先给定的时间段来调节该停止信号，其中该时间段通过针对去除该层系统层11、12、13、21、22、23的预试验来评估。在该方法步骤d)之后，该金属层3可以在一个方法步骤e)中通过在该去除方法之后露出的金属层3片段上施加一个金属层（未示出）以及穿过由该去除方法而打开的层系统片段而被电接触。
图2由场效应晶体管级出发示出了根据本发明的方法的另一扩展，其中该场效应晶体管级包含有作为衬底层4的晶片、场氧化层1和栅绝缘层2，其中该场氧化层1覆盖该衬底层4的第一片段，并且该栅绝缘层2覆盖该衬底层4的第二片段并与该场绝缘层1相邻。
图2示出，在方法步骤a)中在该场绝缘层1和栅绝缘层2上施加了由介电材料构成的基层11，在该基层上在方法步骤b)中再次施加了由介电和/或自钝化材料构成的中间层12，在该中间层上再次在方法步骤c)中施加了由化学稳定材料构成的覆盖层13。
此外图2还示出，在方法步骤d)中该覆盖层13和该中间层12在该栅绝缘层2的范围内通过去除方法而被结构化，使得该基层11作为增强的第二栅绝缘层而保持于该栅绝缘层2上。在此所述去除还借助光谱或频谱测量而被监控，其中该中间层12的去除部分被用作该去除方法的停止信号，以保证在该去除方法停止时要露出的基层11的材料不具有要去除的中间层12和覆盖层13的残余。该基层11的“通孔”在此一方面同样可以通过采用去除方法而被保证，其中该基层11对于该去除方法是稳定的。但是另一方面，在此在该基层11的足够的层厚度情况下也可以选择一种去除方法，其中该基层11对于该方法是敏感的，其中证实有利的是，除了该去除部分的消失之外根据自该去除方法开始之后一个预先给定的、通过预试验而评估的时间段来调节该停止信号。
图2还示出，在该层系统11、12、13的层厚度（d1B,d1Z,d1D）适当设置的情况下，尤其在薄的、比如具有30nm层厚度（d1B）的基层11的情况下，并且在覆盖层-中间层系统12、13仅在极小的范围内中断并且与基层11相比厚的情况下，环境影响对该基层11不能或者仅进行微不足道的侵蚀。
在该方法步骤d)之后，可以在方法步骤f)中在该基层11的在去除方法之后露出的片段上施加栅极层（敏感层）（未示出）。

Claims (12)

1.一种场效应晶体管，尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管，至少包含有
-场绝缘层（1）， 
-栅绝缘层（2）和
-金属层（3），尤其印制导线，
其特征在于，
所述层（1，2，3）的至少之一至少部分地覆盖有至少一个层系统（11，12，13；21，22，23）、尤其保护层系统，其中该层系统包含有基层（11；21）、覆盖层（13；23）和设置在该基层（11；21）与该覆盖层（13；23）之间的至少一个中间层（12；22）。
2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，该场效应晶体管具有至少两个不同的层系统，所述层系统分别包含有基层（11；21）、覆盖层（13；23）和设置在该基层（11；21）与该覆盖层（13；23）之间的至少一个中间层（12；22），并且其至少部分地覆盖了该场绝缘层（1）和/或该栅绝缘层（2）和/或该金属层（3）、尤其印制导线。
3.根据权利要求1或2所述的场效应晶体管，其特征在于，该场效应晶体管包含有层系统（11，12，13），
-其基层（11）由介电材料、尤其从由硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐和其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸铪、氧化铪、硅酸铪和其混合物所组成的集合中所选择的材料来构造，和/或
-其覆盖层（13）由化学稳定材料、尤其包含有碳化硅和/或碳氮化硅的化学稳定材料来构造，和/或
-其中间层（12）由介电的和/或自钝化的材料来构造，尤其包含有
       --由硅、硼、碳和氮组成的混合物，和/或
       --由硅、铝、氧和氮组成的混合物，和/或
       --从由硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐和其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物组成的集合中所选择的材料。
4.根据权利要求1至3之一所述的场效应晶体管，其特征在于，该场效应晶体管包含有层系统（21、22、23），
-其基层（21）由防扩散的材料来构造，尤其包含有氮化钛和/或氮化钽，以及
-其中间层（22）由金属的、可构造为氧化保护层的材料来构造，尤其包含有钛、硅、钽和/或铌，以及
-其覆盖层（23）由氧化材料来构造，尤其包含有氧化钛、氧化硅、氧化钽和/或氧化铌。
5.根据权利要求1至4之一所述的场效应晶体管，其特征在于，
-至少一个金属层（3）、尤其印制导线、部分或完全地覆盖有根据权利要求4所述的层系统（21，22，23），和/或
-该场绝缘层（1）和/或该栅绝缘层（2）和/或根据权利要求4所述的该层系统（21，22，23）和/或金属保护层部分或完全地覆盖有根据权利要求3所述的层系统（11，12，13）。
6.根据权利要求5所述的场效应晶体管，其特征在于，金属层（3）、尤其印制导线的至少一个片段覆盖有根据权利要求4所述的层系统（21，22，23），其中该片段设置在层系统（21`，22`，23`）上，它的层与根据权利要求4所述的层系统（21，22，23）镜像对称地来构造。
7.一种场效应晶体管、尤其用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管，包含有栅绝缘层，
其特征在于，
该栅绝缘层是如下层系统，其包含有基层（11）、覆盖层（13）和设置在该基层（11）与该覆盖层（13）之间的至少一个中间层（12），尤其是其中
-该基层（11）由介电材料来构造，所述介电材料尤其从由硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐以及其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物组成的集合中选择，和/或
-该覆盖层（13）由化学稳定的材料来构造，尤其包含有碳化硅和/或碳氮化硅，和/或
-该中间层（12）由介电的和/或自钝化的材料来构造，尤其包含有
       --由硅、硼、碳和氮组成的混合物和/或
       --由硅、铝、氧和氮组成的混合物和/或
       --从由硅、铝、锆、铪的氧化物、氮化物和硅酸盐以及其混合物、比如二氧化硅、氮化硅、氧化铝、氧化锆、硅酸锆、氧化铪、硅酸铪和其混合物组成的集合中选择的材料。
8.一种用于制造场效应晶体管、尤其比如根据权利要求1至7之一所述的用于气体传感器的化学敏感的场效应晶体管的方法，包含有方法步骤：
a)在场效应晶体管前级的衬底层和/或场绝缘层（1）和/或栅绝缘层（2）和/或金属层（3）、尤其印制导线的片段上构造基层（11；21）；
b)在该基层（11；21）上构造至少一个中间层（12；22）；
c)在该中间层（12；22）上构造覆盖层（13；23）。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该方法在该方法步骤a)之前还包含有方法步骤：
a1)在氧化层（1）上由金属的、能构造氧化保护层的、尤其包含有钛、硅、钽和/或铌的材料来构造层；
a2)在方法步骤a1)的层上，由防扩散的、尤其包含有氮化钛和/或氮化钽的材料来构造层（21`）；
a3)在方法步骤a2)的层（21`）上，构造金属层（3）、尤其印制导线，
其中在方法步骤a)中，在方法步骤a3)的层（3）上由防扩散的、尤其包含有氮化钛和/或氮化钽的材料来构造基层（21），以及
其中在方法步骤b)中，在方法步骤a)的基层（21）上由金属的、能构造氧化保护层的、尤其包含有钛、硅、钽和/或铌的材料来构造层，以及
其中在方法步骤c)中，在从≥300℃至≤1000℃范围内的温度下来进行氧化热处理。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，该方法在该方法步骤a)或a1)之前包含有方法步骤：
a0)清洁该场效应晶体管前级或该氧化层，尤其通过气体等离子体处理和/或通过湿化学或干化学蚀刻和/或热处理或通过这些方法的组合。
11.根据权利要求8至10之一所述的方法，其特征在于，该方法另外还包含有方法步骤：
d) 通过去除方法来结构化该覆盖层（13；23）和/或该/这些中间层（12；22）和/或该基层（11；21），尤其其中不同的层（11，12，13；21，22，23）可以通过不同的去除方法来结构化，使得被覆盖有该层系统（11，12，13；21，22，23）的层不被侵蚀。
12.根据权利要求8至11之一所述的方法，其特征在于，所述去除在方法步骤d)中借助分光测量或光谱测量法测量而被监控，其中事先所探测的确定的去除部分的消失被用作该去除方法的停止信号。
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